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PET/CT、SPECT/CT影像组学:沟通宏观影像和微观分子的桥梁

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中华核医学与分子影像杂志 2024年第2期44卷 65-67页

作者：牟玮田捷北京航空航天大学医学科学与工程学院、大数据精准医疗工信部重点实验室北京100191

PET/CT、SPECT/CT作为典型的多模态成像方式,既能反映病灶的解剖形态学信息,又能反映细胞分子水平的功能信息,为临床肿瘤、心血管疾病等的诊断、疗效监测和预后评估提供了重要参考依据。目前,基于PET/CT影像的疾病诊断主要依靠大小、形... 详细信息

PET/CT、SPECT/CT作为典型的多模态成像方式,既能反映病灶的解剖形态学信息,又能反映细胞分子水平的功能信息,为临床肿瘤、心血管疾病等的诊断、疗效监测和预后评估提供了重要参考依据。目前,基于PET/CT影像的疾病诊断主要依靠大小、形态、位置、密度等形态学征象以及SUV、肿瘤代谢体积(metabolic tumor volume,MTV)和病灶糖酵解总量(total lesion glycolysis,TLG)等半定量功能参数进行判断。然而,这些指标无法定量评估病灶的结构及代谢异质性,难以量化疾病的微观结构及代谢改变。近年来,随着人工智能算法的不断发展,新的模式识别技术和图像处理技术不断涌现,影像组学应运而生,并快速应用于PET/CT、SPECT/CT影像的量化分析中[1-2]。

关键词： SPECT/CT 细胞分子水平代谢改变影像组学 PET/CT 解剖形态学心血管疾病模式识别技术

基于人工智能和医疗大数据的肿瘤荧光手术导航与量化评估策略

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中华消化外科杂志 2024年第4期23卷 536-542页

作者：田捷王坤董迪刘振宇张泽宇方梦捷北京航空航天大学医学科学与工程学院大数据精准医疗高精尖创新中心北京100191 中国科学院分子影像重点实验室中国科学院自动化研究所北京100190

分子成像历经20余年发展,大量新型技术被提出,但仅有小部分成功实现临床转化,进入临床实践应用并取得显著效果.基于荧光分子成像的术中导航和基于医学影像大数据的定量分析技术,正在开展越来越多的临床试验并逐步赢得广泛认可.这两项技... 详细信息

分子成像历经20余年发展,大量新型技术被提出,但仅有小部分成功实现临床转化,进入临床实践应用并取得显著效果.基于荧光分子成像的术中导航和基于医学影像大数据的定量分析技术,正在开展越来越多的临床试验并逐步赢得广泛认可.这两项技术通过与人工智能的深入融合,在消化系统肿瘤的术前诊断、术中导航和术后预测中取得系列研究成果,为消化系统疾病患者的个体化诊断与治疗提供了医学影像领域的新技术支持.

关键词：人工智能荧光分子成像手术导航医学影像大数据影像组学

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线粒体细胞外囊泡研究进展及临床应用

中国生物工程杂志 2024年第6期44卷 11-24页

作者：韩玥刘博文北京航空航天大学生物与医学工程学院大数据精准医疗高精尖创新中心北京航空航天大学医工交叉创新研究院北京100083 香港中文大学(深圳)医学院深圳518172 中国科学技术大学合肥230027

细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)是细胞衍生的具有单层膜结构的纳米囊泡,在细胞和组织间传递生物活性物质,如蛋白质、核酸、代谢分子等。线粒体细胞外囊泡(mitochondrial contents-containing EVs,mitoEVs)是近期发现的EV新亚型... 详细信息

细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)是细胞衍生的具有单层膜结构的纳米囊泡,在细胞和组织间传递生物活性物质,如蛋白质、核酸、代谢分子等。线粒体细胞外囊泡(mitochondrial contents-containing EVs,mitoEVs)是近期发现的EV新亚型,以线粒体组分为主要内容物,如线粒体DNA、线粒体RNA、线粒体相关蛋白质及损伤的线粒体颗粒或活性线粒体。MitoEVs外排有助于维持自身细胞的线粒体稳态、恢复靶细胞的代谢状态及参与免疫微环境调节。MitoEVs携带的生物学信息可能成为疾病诊断的重要靶点,其中的活性线粒体成分在多种疾病治疗中展现出潜在效用。综合而言,对mitoEVs的形成机制、功能及提取鉴定技术进行综述,并对其未来临床应用前景进行展望,可为疾病诊断标志物的开发和治疗提供潜在靶点和思路。

关键词：线粒体细胞外囊泡线粒体细胞外囊泡线粒体质量控制

软骨终板退化对颈椎椎间盘物质运输和力学响应的影响

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应用数学和力学 2024年第6期45卷 763-774页

作者：刘景龙徐鹏李侨王丽珍樊瑜波北京航空航天大学生物力学与力生物学教育部重点实验室北京市生物医学工程高精尖创新中心生物与医学工程学院北京100191 杭州市北京航空航天大学国际创新研究院(北京航空航天大学国际创新研究院) 杭州311115 北京航空航天大学医学科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统全国重点实验室北京100191

软骨终板内的液体流动是椎间盘营养供给和代谢废物运输的主要途径.退化的终板刚度增加、渗透性和含水量下降,会影响椎间盘内物质运输和力学响应.基于人体颈椎计算机断层扫描数据建立了C5-C6节段的多孔介质有限元模型.对验证后的模型施... 详细信息

软骨终板内的液体流动是椎间盘营养供给和代谢废物运输的主要途径.退化的终板刚度增加、渗透性和含水量下降,会影响椎间盘内物质运输和力学响应.基于人体颈椎计算机断层扫描数据建立了C5-C6节段的多孔介质有限元模型.对验证后的模型施加压缩、前屈、后伸、轴向旋转和侧弯五种载荷,通过改变终板渗透性、孔隙比和模量,分析了正常、钙化和硬化三种状态下椎间盘的响应.结果表明:软骨终板退化增加了软骨终板和髓核的多孔压力,降低了软骨终板的流体速度.前屈载荷下,与正常终板对比,钙化和硬化终板导致髓核内流体的多孔压力分别增加了50.8%和88.9%.退化终板渗透率和含水量的降低导致髓核内液体不易流动,增加了髓核基体的应力,在压缩和轴向旋转载荷下,硬化终板导致髓核基体的最大主应力分别增加了122.2%和100.0%.

关键词：软骨终板退化多孔介质建模流体多孔压力数值计算

基于Transformer和多模态对齐的非自回归手语翻译技术研究

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电子与信息学报 2024年第7期46卷 2932-2941页

作者：邵舒羽杜垚范晓丽北京物资学院物流学院北京101149 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 空军特色医学中心北京100142

为了解决多模态数据的对齐及手语翻译速度较慢的问题,该文提出一个基于自注意力机制模型Transformer的非自回归手语翻译模型(Trans-SLT-NA),同时引入了对比学习损失函数进行多模态数据的对齐,通过学习输入序列(手语视频)和目标序列(文本... 详细信息

为了解决多模态数据的对齐及手语翻译速度较慢的问题,该文提出一个基于自注意力机制模型Transformer的非自回归手语翻译模型(Trans-SLT-NA),同时引入了对比学习损失函数进行多模态数据的对齐,通过学习输入序列(手语视频)和目标序列(文本)的上下文信息和交互信息,实现一次性地将手语翻译为自然语言。该文所提模型在公开数据集PHOENIX-2014T(德语)、CSL(中文)和How2Sign(英文)上进行实验评估,结果表明该文方法相比于自回归模型翻译速度提升11.6~17.6倍,同时在双语评估辅助指标(BLEU-4)、自动摘要评估指标(ROUGE)指标上也接近自回归模型。

关键词：手语翻译自注意力机制非自回归翻译深度学习多模态数据对齐

基于受激拉曼散射显微成像的疾病分子标志物研究进展

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中国激光 2024年第15期51卷 110-123页

作者：张朔房霆赫岳蜀华北京航空航天大学生物与医学工程学院北京市生物医学工程高精尖创新中心医用光子学研究所生物力学与力生物学教育部重点实验室北京100191

发现和检测生物分子标志物对疾病的精准诊疗至关重要。尽管荧光显微成像技术常用于细胞分析,但很多生物小分子难以被特异性标记。质谱成像方法则由于有限的空间分辨率和检测过程对组织细胞的损伤,难以原位观测活细胞中生物小分子的时空... 详细信息

发现和检测生物分子标志物对疾病的精准诊疗至关重要。尽管荧光显微成像技术常用于细胞分析,但很多生物小分子难以被特异性标记。质谱成像方法则由于有限的空间分辨率和检测过程对组织细胞的损伤,难以原位观测活细胞中生物小分子的时空变化。基于受激拉曼散射(SRS)的化学显微成像凭借其无标记、高灵敏、高特异、高速、高分辨等优势克服了上述困难,能够对活细胞中重要的生物小分子(例如脂质、氨基酸、葡萄糖和核酸等)的空间分布和代谢转化进行实时定量检测,已在生物医学研究中显示出广阔的应用前景。聚焦于SRS成像在发现和检测疾病分子标志物中的应用,讨论新型SRS成像技术和数据分析方法,为疾病精准诊疗提供新的途径,并展望了该研究方向的发展趋势。

关键词：受激拉曼散射显微成像生物分子标志物疾病精准诊疗

人工智能在结直肠癌诊疗中的研究进展及前景展望

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中华胃肠外科杂志 2024年第1期27卷 15-23页

作者：魏炜何坤山胡振远刘振宇汤坚强田捷西安工程大学电子信息学院西安710048 中国科学院自动化研究所中国科学院分子影像重点实验室北京100190 国家癌症中心/国家肿瘤临床医学研究中心、中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院结直肠外科北京100021 北京航空航天大学北京市大数据精准医疗高精尖创新中心北京100191

结直肠癌是全球最常见的恶性肿瘤之一, 由于患者对标准治疗方案存在异质性的治疗反应及预后, 其个性化诊疗策略一直是备受关注的研究热点。近年来, 随着人工智能(AI)技术在医疗领域的迅猛发展, AI在辅助结直肠癌的术前、术中、术后各阶... 详细信息

结直肠癌是全球最常见的恶性肿瘤之一, 由于患者对标准治疗方案存在异质性的治疗反应及预后, 其个性化诊疗策略一直是备受关注的研究热点。近年来, 随着人工智能(AI)技术在医疗领域的迅猛发展, AI在辅助结直肠癌的术前、术中、术后各阶段诊疗方案决策方面均涌现出大量阶段性研究成果, 展现出了巨大的应用潜力, 为结直肠癌患者的个体化评估和辅助诊疗提供了全新且高效的解决方案。未来, AI系统可能会进一步向多模态、多组学、实时化方向发展。本文旨在探讨AI在结直肠癌诊疗多个方面的辅助应用研究现状, 并对AI技术在未来结直肠癌个性化诊疗中可能带来的创新和面临的挑战予以展望。

关键词：人工智能结直肠肿瘤手术导航医学影像精准医学

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具有分类器机制的高光谱图像特征提取方法

遥感学报 2024年第2期28卷 511-527页

作者：邢长达汪美玲徐雍倡王志胜中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京211106 南京航空航天大学自动化学院南京211106

高光谱图像分类是图像解译任务的重要技术之一,已经在遥感观测、智慧医疗等诸多领域得到广泛的应用。本质上,高光谱图像分类由特征提取与基于分类器的标签预测这两阶段操作组成。现有分类方法在特征提取时,大多不考虑分类器的影响,会导... 详细信息

高光谱图像分类是图像解译任务的重要技术之一,已经在遥感观测、智慧医疗等诸多领域得到广泛的应用。本质上,高光谱图像分类由特征提取与基于分类器的标签预测这两阶段操作组成。现有分类方法在特征提取时,大多不考虑分类器的影响,会导致提取的特征与所用分类器之间的兼容性较差,难免出现预测结果差的情况。针对此问题,本文提出具有分类器机制的高光谱图像特征提取方法,保证特征提取与分类器之间的兼容性,使特征能更易于被分类器准确计算,改善分类预测结果。本文给出了两种具有分类器机制的高光谱图像特征提取模型的形式:(1)以稀疏表示和支持向量机为例,将支持向量机特性集成到稀疏表示形式中,建立了能够与支持向量机分类器相兼容的SRS特征提取模型;(2)以深度自编码网络与softmax函数为例,将softmax分类器特性嵌入到深度自编码网络中,构建能与softmax分类器相兼容的DAES特征提取模型。为获得SRS和DAES模型的解,本文还给出了对应的求解策略与优化过程。在遥感高光谱图像和医学高光谱图像数据上开展实验验证,结果表明,本文SRS和DAES算法具有明显的有效性和优越性,在高光谱图像分类指标OA (Overall Accuracy)、AA (Average Accuracy)、Kappa上分别提升约5.03%、5.13%、7.30%。

关键词：高光谱图像分类特征提取分类器机制稀疏表示深度自编码网络

结合主观决策和表面肌电的医生手部精细动作编码研究

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包装工程 2024年第16期45卷 40-50页

作者：王韫陈梓馨徐海鑫石运隆秦雪娇北京航空航天大学新媒体艺术与设计学院北京100191 北京航空航天大学机械工程与自动化学院北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 山东大学第二医院济南250102

目的当前在医学教育与培训领域中,对复杂精细手部操作技能的分解与掌握仍然存在显著挑战。提出一种将医生主观决策信息与表面肌电信号结合,对医生的手部精细动作进行行为编码的方法。方法首先明确了行为编码的定义和手部精细动作特点,... 详细信息

目的当前在医学教育与培训领域中,对复杂精细手部操作技能的分解与掌握仍然存在显著挑战。提出一种将医生主观决策信息与表面肌电信号结合,对医生的手部精细动作进行行为编码的方法。方法首先明确了行为编码的定义和手部精细动作特点,并梳理了肌电信号在行为编码中的应用路径。基于以上研究背景和基础,完成了进行了主观决策信息的采集与编码模型的构建,并设计和实施用户实验测量表面肌电(Surface Electromyography,sEMG)信号。通过对肌电信号数据进行节点判断与动作分段,对手部精细动作编码进行了验证。结论手部精细动作技能相关的行为编码提供了一种结合表面肌电和主观决策的行为序列结构化方法,不仅有助于医学生对标准化手术行为的理解与学习,更为未来手术机器人的开发、训练与测试提供了实证参考。

关键词：眼科手术手部精细动作行为编码表面肌电信号